Xây dựng, so sánh hai mô hình dữ liệu của ứng dụng quản lí lịch sử biến động các thửa đất

Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 51 năm 2013<br /> _____________________________________________________________________________________________________________<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> XÂY DỰNG, SO SÁNH HAI MÔ HÌNH DỮ LIỆU<br /> CỦA ỨNG DỤNG QUẢN LÍ LỊCH SỬ BIẾN ĐỘNG CÁC THỬA ĐẤT<br /> <br /> NGUYỄN GIA TUẤN ANH* , TRẦN THANH BÉ** ,<br /> NGUYỄN NGỌC TRUNG*** , PHAN THANH VŨ****<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo tập trung trình bày việc phân tích, thiết kế và xây dựng một cơ sở dữ liệu<br /> (CSDL) cho hệ thống quản lí biến động các thửa đất theo thời gian. Sự biến động các thửa<br /> đất được diễn tả theo ba khía cạnh: biến động về diện tích, sở hữu chủ và biến động về<br /> mục đích sử dụng đất. Các biến động này được lưu trữ và biểu diễn tường minh trong<br /> CSDL nhằm phục vụ cho công tác truy tìm lịch sử các thửa đất theo thời gian. Hệ thống<br /> này là cơ sở giúp các nhà hoạch định chính sách trong việc quản lí và hỗ trợ ra quyết định<br /> liên quan đến quỹ đất, một dạng tài nguyên quan trọng của mọi quốc gia. Bài báo cũng so<br /> sánh chi phí thời gian hiển thị, truy vấn, xóa dữ liệu liên quan đến các thửa đất khi được<br /> lưu trữ trong hai mô hình CSDL quan hệ và hướng đối tượng.<br /> Từ khóa: CSDL không gian, CSDL thời gian, GIS, thửa đất.<br /> ABSTRACT<br /> Building and comparing two data models of the application<br /> for land changes history management<br /> This paper presents the act of analyzing, designing and building a database for the<br /> management system of land changes over time. The changes of the land are described in<br /> three aspects: changing in size, owners and usages. The changes are stored and presented<br /> explicitly in the database to serve the tracking history of pieces of land over time. This<br /> system could support policy makers and managers to make decisions related to land. This<br /> paper also compares the cost of time for displaying, querying, and deleting data related to<br /> the land which are stored in both data models: relational and object-oriented database.<br /> Keywords: temporal database, spatial database, GIS, land.<br /> <br /> 1. Mở đầu<br /> Nhu cầu xây dựng một hệ thống tin nhằm phục vụ việc thay đổi diện tích và mục<br /> đích sử dụng các thửa đất không chỉ là một nhu cầu của Việt Nam mà là một nhu cầu<br /> chung cho mọi quốc gia. Không chỉ cần cho lãnh vực nông nghiệp mà còn cần cho khu<br /> vực đô thị, công nghiệp…<br /> <br /> <br /> *<br /> TS, Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG TPHCM<br /> **<br /> HVCH, Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG TPHCM<br /> ***<br /> NCS, Trường Đại học Sư phạm TPHCM<br /> ****<br /> HVCH,Trường Đại học Công nghệ Thông tin, ĐHQG TPHCM<br /> <br /> <br /> 178<br /> Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Nguyễn Gia Tuấn Anh và tgk<br /> _____________________________________________________________________________________________________________<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Đất có vai trò trong việc sinh tồn và phát triển của con người, nhất là đất nông<br /> nghiệp. Đất nông nghiệp là đất nằm trong quỹ đất, nó có những đặc trưng sau: đa dạng;<br /> tính sở hữu và mục đích sử dụng; không thể sản sinh và có thể tái tạo. Đất là một dạng<br /> tài nguyên vô cùng quý giá của một quốc gia [7] nên việc xây dựng một hệ thống thông<br /> tin tự động cũng phải xứng với tầm quan trọng của nó. Việc quản lí, khai thác sử dụng<br /> đất ảnh hưởng đến nhiều yếu tố: kinh tế, xã hội, môi trường… và được quản lí thống<br /> nhất dưới sự kiểm soát của nhà nước. [8]<br /> Khi tình hình sử dụng đất rất đa dạng, phức tạp và tốc độ đô thị hóa ngày càng<br /> diễn ra nhanh chóng thì hệ thống quản lí các thửa đất càng trở nên cấp bách và ý nghĩa.<br /> Nó không chỉ giúp cơ quan chức năng trong việc tự động hóa các dữ liệu cần quản lí,<br /> mà còn phục vụ nhanh chóng việc tìm kiếm và thống kê. Đặc biệt các dữ liệu thống kê<br /> sẽ giúp các nhà hoạch định chính sách có công cụ hữu hiệu để quản lí và trợ giúp trong<br /> việc ra quyết định về quy hoạch đất. Nếu quy hoạch tốt sẽ giúp việc phân bổ, sử dụng<br /> đất sẽ hiệu quả, khoa học.<br /> Một thửa đất theo thời gian có thể có nhiều thay đổi, các thay đổi này có thể do<br /> các nguyên nhân, biến cố, chủ quan hoặc khách quan. Bài báo trình bày tập trung vào<br /> các thay đổi thường xảy ra trên các thửa đất: sở hữu chủ, diện tích và mục đích sử dụng<br /> đất.<br /> Về nghiệp vụ: một thửa đất có thể có đồng sở hữu. Theo thời gian, một thửa đất<br /> có thể có nhiều sở hữu khác nhau, thậm chí một sở hữu có thể sở hữu cùng một thửa<br /> đất tại hai thời điểm khác nhau.<br /> Một thửa đất theo thời gian có thể có nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Tại hai<br /> thời điểm khác nhau một thửa đất có thể có cùng mục đích. Một thửa đất có thể hình<br /> thành mới mà trước đó không có thửa đất khác hoặc do thửa đất khác tách ra hay nhiều<br /> thửa đất gộp lại. Việc lưu trữ và biểu diễn gia phả các thửa đất cũng được đặt ra và giải<br /> quyết trong bài báo này. Khi một thửa đất mới hình thành, nó được gán một nhãn thời<br /> gian. Ngược lại, khi một thửa đất biến mất, nó cũng được gán một nhãn thời gian.<br /> Tính chất của thời gian trong bài báo có thể biểu diễn các biến động xảy ra tại<br /> một thời điểm hay một khoảng thời gian. Về lí thuyết có nhiều loại thời gian gắn cho<br /> CSDL không gian trong GIS (Geographic Information System) [3], nhưng có hai loại<br /> thời gian đáng quan tâm là: thời gian một đối tượng hình thành, biến mất, diễn ra trong<br /> thế giới thực và thời gian xảy ra trong CSDL. Nhằm làm phong phú dữ liệu, các biến<br /> cố là nguyên nhân làm xảy ra các biến động cho các thửa đất cũng được lưu trữ và biểu<br /> diễn trong bài báo.<br /> Nội dung bài báo bao gồm 5 phần, phần mở đầu trình bày ý nghĩa, tầm quan trọng<br /> của hệ thống, mô tả một số các nghiệp vụ chính và dữ liệu của hệ thống. Phần 2 trình<br /> bày ý nghĩa của các lớp dữ liệu, mô tả ý nghĩa các liên kết giữa các lớp dữ liệu và mô<br /> hình dữ liệu mức quan niệm. Phần 3 trình bày dữ liệu mức logic và ý nghĩa của các<br /> quan hệ. Phần 4 trình bày các truy vấn mẫu, gồm các truy vấn trên thuộc tính không<br /> gian, thời gian, ngữ nghĩa và các thuộc tính tổ hợp. Phần 5 bàn luận việc mở rộng mô<br /> <br /> 179<br /> Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 51 năm 2013<br /> _____________________________________________________________________________________________________________<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> hình phục vụ cho các ứng dụng và so sánh thời gian hiển thị, truy vấn, xóa dữ liệu cho<br /> hai mô hình CSDL quan hệ (CSDLQH), CSDL quan hệ đối tượng (CSDLQHĐT).<br /> 2. Mô hình CSDL mức quan niệm<br /> 2.1. Chiều thời gian- CSDL thời gian<br /> Thời gian là một thuộc tính không chỉ cần cho các ứng dụng GIS mà còn nhiều<br /> ứng dụng khác. Các ứng dụng GIS có số chiều không gian là 2 (2D) khi thêm thuộc<br /> tính thời gian, nó sẽ thành ứng dụng 3 chiều (3D). Các đối tượng trong GIS nói chung<br /> chứa 3 thuộc tính: không gian (hình dạng, ví trí, kích thước), thời gian (khi hình thành,<br /> lúc biến mất) và ngữ nghĩa (tùy thuộc vào ứng dụng) [1]. Đặc điểm của thời gian là:<br /> mơ hồ, đa dạng, có thứ tự và hiệu quả. Thời gian có thể: liên tục hay rời rạc, có thể<br /> tuyệt đối hay tương đối [2]. Thời gian có thể biểu diễn bởi điểm thời gian (ví dụ, lúc<br /> 13h ngày 5-6-2013) hay đoạn thời gian (ví dụ, thời gian hội nghị từ lúc 8h ngày 15-7-<br /> 2013 đến 8h ngày 17-7-2013).<br /> CSDL thời gian là tập dữ liệu có thuộc tính thời gian. Ngôn ngữ truy vấn thời<br /> gian là ngôn ngữ truy vấn cho bất kì CSDL thời gian nào [4]. Mô hình phần 2.6 có 2<br /> lớp thuộc chiều thời gian: TIME, DMY.<br /> 2.2. Chiều không gian<br /> Không gian là một thuộc tính đặc trưng của các đối tượng trong GIS. Trong<br /> không gian 2 chiều, nó gồm các đối tượng điểm, đường, đa giác. Trong không gian 3<br /> chiều, nó gồm các đối tượng: điểm, đường, mặt và khối. Một điểm trong không gian 2<br /> chiều được biểu diễn qua 2 tọa dộ X, Y, trong không gian 3 chiều, nó được biểu diễn<br /> qua 3 tọa độ X, Y, Z trên hệ trục Oxyz [1]. Mô hình phần 2.6 có 2 lớp thuộc chiều<br /> không gian: NODE, POLYGON.<br /> 2.3. Chiều ngữ nghĩa<br /> Các ứng dụng khác nhau cần các lớp ngữ nghĩa khác nhau để mô tả cho ứng dụng<br /> đó. Các ứng dụng càng phức tạp, đa dạng càng cần nhiều lớp ngữ nghĩa để biểu diễn.<br /> các thuộc tính ngữ nghĩa khi gắn liền với thuộc tính không gian, nó cũng bị thay đổi<br /> theo thời gian. Ví dụ sở hữu chủ của một thửa đất L1 tại thời T1 là O1, nhưng tại thời<br /> điểm T2 là O2. Chiều ngữ nghĩa là chiều đa dạng, phụ thuộc vào các nhu cầu của các<br /> ứng dụng mà số lớp dữ liệu của chiều này sẽ khác nhau. Mô hình phần 2.6 có 4 lớp<br /> thuộc chiều ngữ nghĩa: OWNER, USED, EVENT, EVENTYPE.<br /> 2.4. Ý nghĩa các lớp<br /> Mô hình mức quan niệm trong bài báo sử dụng các lớp và ý nghĩa của chúng<br /> được mô tả phần dưới đây:<br /> NODE(IDN, X, Y, Z): mô tả tọa độ 1 điểm trong không gian 3 chiều trên tục tọa<br /> độ Oxyz.<br /> POLYGON(IDP, DESC): mô tả thuộc tính không gian một thửa đất.<br /> DMY(IDDMY, DAY, MONTH, YEAR): mô tả các thể hiện của ngày tháng năm.<br /> <br /> 180<br /> Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Nguyễn Gia Tuấn Anh và tgk<br /> _____________________________________________________________________________________________________________<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> TIME(IDT, DESC): mô tả một mốc thời gian, có thể là một thời điểm hoặc một<br /> khoảng thời gian.<br /> OWNER(IDO, NAME, ADDRESS): mô tả một sở hữu chủ của thửa đất.<br /> USED(IDU, DESC): mô tả mục đích sử dụng của một thửa đất.<br /> EVENTYPE(IDET, DESC): mô tả các loại biến cố, ví dụ: quy hoạch, động đất. . .<br /> EVENT(IDE, DESC): mô tả một biến cố cụ thể gắn liền với thời gian xảy ra của<br /> biến cố trong thực tế.<br /> 2.5. Mô hình CSDL mức quan niệm<br /> Mô hình CSDL mức quan niệm của hệ thống quản lí lịch sử biến động các thửa<br /> đất được trình bày trong Hình 1.<br /> DMY<br /> +2<br /> OWNER +N<br /> <br /> TIME<br /> EVENTYPE<br /> +N<br /> +4<br /> N<br /> NODE N<br /> <br /> +N +1<br /> +N<br /> <br /> +N<br /> +N USED<br /> +N POLYGON<br /> <br /> +N +N<br /> +1<br /> +N EVENT<br /> N<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Mô hình CSDL mức quan niệm của hệ thống quản lí<br /> lịch biến động các thửa đất<br /> 3. Mô hình CSDL mức logic<br /> Chuyển mô hình của Hình 1 từ mức quan niệm sang mức logic được mô tả trong<br /> phần 3, gồm 12 quan hệ.<br /> NODE(IDN, X, Y, Z): mô tả tọa độ 1 điểm trong không gian 3 chiều trên tục tọa<br /> độ Oxyz.<br /> POLYGON(IDP, IDTDBB, IDTDBE, IDTRB, IDTRE, IDE, DESC): mô tả thuộc<br /> tính không gian một thửa đất, được hình thành do biến cố nào (IDE), có thời điểm bắt<br /> đầu, kết thúc của nó trong thế giới thực (IDTRB, IDTRE) và trong CSDL (IDTDBB,<br /> IDTDBE).<br /> POLY_NODE(IDP, IDN, SEQ): mô tả các Node biểu diễn cho một đa giác và<br /> thứ tự (SEQ) của các Node.<br /> DMY(IDDMY, DAY, MONTH, YEAR): mô tả các thể hiện của ngày tháng năm.<br /> TIME(IDT, IDDMY1, IDDMY2, DESC): mô tả một mốc thời gian, có thể là một<br /> thời điểm hoặc một khoảng thời gian, nếu IDDMY1 IDDMY2 thì mô tả khoảng<br /> thời gian.<br /> <br /> 181<br /> Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 51 năm 2013<br /> _____________________________________________________________________________________________________________<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> OWNER(IDO, NAME, ADDRESS): mô tả một sở hữu chủ của thửa đất.<br /> USED(IDU, DESC): mô tả mục đích sử dụng của một thửa đất.<br /> EVENTYPE(IDET, DESC): mô tả các loại biến cố, ví dụ: quy hoạch, động đất…<br /> EVENT(IDE, IDTDBB, IDTDBE, IDTRB, IDTRE, DESC): mô tả một biến cố<br /> cụ thể gắn liền với thời gian xảy ra của biến cố trong thực tế, có thời điểm bắt đấu, kết<br /> thúc của nó trong thế giới thực (IDTRB, IDTRE) và trong CSDL (IDTDBB, IDTDBE).<br /> POLY_CHILPAR(IDPPA, IDPCH): mô tả mối quan hệ gia phả không gian của<br /> các thửa đất.<br /> POLY_USED_TIME(IDP, IDT, IDU): mô tả một thửa đất tại một thời điểm được<br /> dùng cho mục đích sử dụng gì.<br /> POLY_OWNER_TIME(IDP, IDT, IDO): mô tả một thửa đất tại một thời điểm<br /> được ai là sở hữu chủ (có thể đồng sở hữu).<br /> 4. Các truy vấn mẫu<br /> Bao gồm các truy vấn: không gian, thuộc tính, không gian theo thời gian, ngữ<br /> nghĩa theo thời gian.<br /> 4.1. Truy vấn không gian<br /> Truy vấn 1. Tìm các thửa đất Pi đồng thời có các đỉnh là N1, N2.<br /> (Select IDP from POLY_NODE where IDN= N1) intersection<br /> (Select IDP from POLY_NODE where IDN= N2)<br /> 4.2. Truy vấn thuộc tính<br /> Truy vấn 2. Tìm các thửa đất thuộc sở hữu chủ O1.<br /> Select IDP from POLY_OWNER_TIME where IDO= O1<br /> 4.3. Truy vấn không gian theo thời gian<br /> Các bước khai thác dữ liệu lịch sử biến động các thửa đất<br /> B1. Xây dựng các nhóm thời gian (Bảng 1).<br /> B2. Xây dựng nhóm các câu truy vấn có các đặc điểm khác nhau theo thời gian<br /> (bảng 2).<br /> B3. Tạo các câu truy vấn khai thác dữ liệu lịch sử biến động các thửa đất bởi các<br /> truy vấn mẫu từ 3.1 đến 3.5.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 182<br />  Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Nguyễn Gia Tuấn Anh và tgk<br /> _____________________________________________________________________________________________________________<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Bảng 1. Chia 5 nhóm dữ liệu cho các đa giác từ P1 đến P1000<br /> <br /> Nhóm IDTDBB IDTDBE IDTRB IDTRE Các khối<br /> G1 T1 T5 T1 T5 P1→ P200<br /> G2 T2 NULL T2 NULL P201→P 400<br /> G3 T2 T6 T1 T5 P401 →P600<br /> G4 T1 T5 T1 T5 P601→ P800<br /> G5 T2 T4 T2 T4 P801→ P1000<br /> <br /> Bảng 2. Phân loại 4 câu truy vấn theo quan hệ TOPOLOGY thời gian<br /> <br /> Truy vấn Quan hệ topology thời gian Đặc điểm truy vấn<br /> 3.1 T11